金屬帶鋸床故障診斷與維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊婧 游張平 胡慶鵬 林洪兵 徐楓燕

摘? 要：針對(duì)金屬帶鋸床調(diào)試成本高、故障維修難的問題，應(yīng)用MCGS平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)金屬帶鋸床狀態(tài)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)，分別對(duì)設(shè)計(jì)手動(dòng)聯(lián)機(jī)、手動(dòng)脫機(jī)、自動(dòng)聯(lián)機(jī)、自動(dòng)脫機(jī)、IO監(jiān)測等工況進(jìn)行了檢測，通過分析輸入輸出數(shù)據(jù)對(duì)故障進(jìn)行診斷，并指明維護(hù)路徑，最后介紹了組態(tài)腳本代碼的編寫及程序調(diào)試等。經(jīng)測試，所開發(fā)的金屬帶鋸床狀態(tài)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多工況監(jiān)控與故障檢測，界面友好，操作簡單，有效降低了故障檢測與維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：MCGS? 金屬帶鋸床? 狀態(tài)監(jiān)控? 故障診斷 故障維護(hù)

中圖分類號(hào)：TP277?????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? ???????????? 文章編號(hào)：1672-3791（2021）01（a）-0103-03

Design of Fault Diagnosis and Maintenance System for Metal Belt Saw Machine

YANG Jing? YOU Zhangping? HU Qingpeng? LIN Hongbing? XU Fengyan

（School of Engineering， Lishui University， Lishui， Zhejiang Province， 323000 China）

Abstract：Aiming at the problems of high debugging cost and difficult maintenance of metal band sawing machine， the MCGS platform is used to design and develop the state monitoring and fault alarm system of metal band sawing machine. The design of manual online， manual offline， automatic online， automatic offline， IO monitoring and other working conditions were carried out. By analyzing the input and output data to diagnose the fault and indicate the maintenance path， this paper introduces the writing of configuration script code and so on. After testing， the developed metal band saw machine state monitoring and fault alarm system realizes multi-working condition monitoring and fault detection， friendly interface， simple operation， and effectively reduces the cost of fault detection and maintenance.

Key Words：MCGS; Metal band sawing machine; Condition monitoring; Fault diagnosis; Fault maintenance

金屬帶鋸床在金屬加工領(lǐng)域起著非常重要的作用，與金屬砂輪切割機(jī)和金屬激光切割機(jī)相比較，它具有更廣泛的應(yīng)用范圍[1]。數(shù)控及自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了金屬帶鋸床自動(dòng)化水平的不斷提高[2]。隨著國內(nèi)金屬帶鋸床需求的不斷增加，金屬帶鋸床能否安全平穩(wěn)運(yùn)行直接決定了金屬加工企業(yè)的效益[3-4]。當(dāng)金屬帶鋸床遇到一些突發(fā)狀況（如鋸條斷裂）往往無法自行處理，需要人工進(jìn)行手動(dòng)操作[5]。金屬帶鋸床常通過定期維護(hù)和檢查來進(jìn)行故障檢測，盡管可以一定程度上排除故障，但由于過度拆卸造成的設(shè)備老化和生產(chǎn)停頓造成的經(jīng)濟(jì)損失給企業(yè)帶來了更大的負(fù)擔(dān)[6]。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)金屬帶鋸床故障診斷與維護(hù)系統(tǒng)，具有重要的實(shí)際意義與工程價(jià)值。

1? 系統(tǒng)工況設(shè)計(jì)

應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)開發(fā)金屬帶鋸床狀態(tài)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)。打開MCGS組態(tài)軟件后，在“用戶窗口”下分別創(chuàng)建“手動(dòng)監(jiān)測”“自動(dòng)監(jiān)測”“I/O監(jiān)測”“送料故障報(bào)警”“豎緊故障報(bào)警”“水緊故障報(bào)警”“退料故障報(bào)警”等窗口。其中，“手動(dòng)脫機(jī)”工況模式，如圖1所示，主要用于上位機(jī)手動(dòng)模式MCGS程序的調(diào)試。點(diǎn)擊“自動(dòng)監(jiān)測”選項(xiàng)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)脫機(jī)工況模式，可用于上位機(jī)自動(dòng)模式MCGS程序的調(diào)試。通過窗口組態(tài)，依次設(shè)計(jì)手動(dòng)監(jiān)測界面、自動(dòng)監(jiān)測界面、I/O監(jiān)測界面以及各故障報(bào)警界面。

將“自動(dòng)監(jiān)測”界面的檔位旋鈕開關(guān)打至“聯(lián)機(jī)”，進(jìn)入自動(dòng)模式聯(lián)機(jī)調(diào)試，主要用于虛擬測試自動(dòng)模式下PLC程序或MCGS程序MCGS程序的調(diào)試。點(diǎn)擊界面上的“啟動(dòng)”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)模式聯(lián)機(jī)運(yùn)行工況，實(shí)時(shí)監(jiān)控金屬帶鋸床自動(dòng)聯(lián)機(jī)工況下的各動(dòng)作狀態(tài)，包括鋸架上升、送料，水平夾緊、豎直夾緊、鋸架快進(jìn)，鋸架工進(jìn)，冷卻液開閉，鋸架的快退;水平松開，豎直松開等，通過觸摸屏上的自動(dòng)界面，操作輸入元件，觀察界面上PLC輸出口狀態(tài)、各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)及相互間的邏輯關(guān)系，該工況可以虛擬測試PLC程序的正確性，并通過MCGS軟件的聯(lián)機(jī)運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)調(diào)試;判斷上位機(jī)自動(dòng)模式MCGS程序是否符合新型帶鋸床自動(dòng)工況的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與邏輯要求;對(duì)其進(jìn)行虛擬調(diào)試，降低開發(fā)成本，提高效率。

將“手動(dòng)監(jiān)測”界面的檔位旋鈕開關(guān)打至“聯(lián)機(jī)”則可以進(jìn)入手動(dòng)聯(lián)機(jī)工況模式，可虛擬測試手動(dòng)模式下PLC程序或MCGS程序。點(diǎn)擊“IO監(jiān)測”選項(xiàng)，可進(jìn)入IO監(jiān)測工況模式查看各輸入輸出狀態(tài)，輔助故障診斷。

2? 故障診斷與維護(hù)

在聯(lián)機(jī)工況下，系統(tǒng)采集輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行故障推理診斷，指明維護(hù)途徑。例如，按“進(jìn)料”按鈕，界面的物料未向右運(yùn)動(dòng)，則系統(tǒng)會(huì)彈出如圖2所示的“送料故障”報(bào)警提示，同時(shí)列出故障原因，指明故障維護(hù)方向。當(dāng)按“豎直夾緊”按鈕，界面上的豎直夾緊塊未出現(xiàn)夾緊運(yùn)動(dòng)，則系統(tǒng)會(huì)彈出如圖2所示的“豎直夾緊故障”報(bào)警提示。操作其他各動(dòng)作按鈕（如水平壓緊、水平松開、豎直松開、鋸架快降、鋸架工降、鋸架快升等），如果相應(yīng)構(gòu)件沒有出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，則也會(huì)彈出相應(yīng)的故障報(bào)警提示。

以下為豎直裝置夾緊故障報(bào)警與豎直裝置松開故障報(bào)警的腳本代碼：

BJ豎直= （豎直裝置=豎直裝置_old） and （豎直裝置=豎直裝置_old5） and （豎直裝置=豎直裝置_old4） and （豎直裝置=豎直裝置_old3） and （豎直裝置=豎直裝置_old2）? and 豎直裝置故障報(bào)警

IF BJ豎直 and M105 and （豎直裝置<15） and （豎直裝置>0） THEN

！OpenSubWnd（豎緊故障報(bào)警，500，8，305，209，3 ）

endif

IF BJ豎直 and M112 and （豎直裝置<15） and （豎直裝置>0）? THEN

！OpenSubWnd（豎松故障報(bào)警，500，8，305，209，3 ）

Endif

3? 組態(tài)腳本的編寫

根據(jù)下位機(jī)手動(dòng)模式脫機(jī)、上位機(jī)手動(dòng)模式脫機(jī)、下位機(jī)自動(dòng)模式脫機(jī)、上位機(jī)自動(dòng)模式脫機(jī)、手動(dòng)模式聯(lián)機(jī)、自動(dòng)模式聯(lián)機(jī)這6種工況形式，分別編寫各運(yùn)行策略組態(tài)腳本。

在自動(dòng)監(jiān)測中，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕開關(guān)，可以對(duì)聯(lián)機(jī)與脫機(jī)兩種工況進(jìn)行切換。聯(lián)機(jī)工況下，下位機(jī)與觸摸屏相互交互信息，如下腳本代碼為水平夾具夾緊與松開動(dòng)作實(shí)例。當(dāng)下位機(jī)Y1端口為真時(shí)，觸摸屏“水緊”變量置1，并執(zhí)行“水緊”為1條件下的代碼，使水平夾具執(zhí)行夾緊動(dòng)作;當(dāng)夾緊到位時(shí)，又將M122變量置1，并傳送至下位機(jī)，改變輸出Y1端口的狀態(tài);最終促使水平夾具停止夾緊。

if水緊=1 and輔助變量2=0 then水平裝置1與水平裝置2相向運(yùn)動(dòng)

水平裝置1=水平裝置1+1

水平裝置2=水平裝置2-1

Endif

if 水平裝置1>=20 and 水平裝置2<=-20 and 輔助變量2=0 then

水平裝置1=20

水平裝置2=-20

輔助變量2=1

水緊=0

M122=1

豎緊=1

Endif

4? 程序調(diào)試

在MCGS的手動(dòng)模式設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)擊進(jìn)料按鈕時(shí)物料并沒有反應(yīng)，接著查看按鈕構(gòu)建屬性設(shè)置，發(fā)現(xiàn)是數(shù)據(jù)對(duì)象未關(guān)聯(lián)。于是將M103與物料相關(guān)聯(lián)，之后再點(diǎn)擊進(jìn)料按鈕，可物料依然沒有動(dòng)作。于是推斷估計(jì)程序有錯(cuò)誤，但程序內(nèi)容很多，不容易查找錯(cuò)誤的地方。于是采用標(biāo)簽的顯示輸出與物料相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)物料數(shù)值不變化，到相應(yīng)程序中查看，發(fā)現(xiàn)是物料沒有設(shè)置累加語句。設(shè)置累加語句后再點(diǎn)擊進(jìn)料按鈕，物料就可以正常運(yùn)行了。而點(diǎn)擊夾緊按鈕后，夾具運(yùn)行到指定位置后沒有停止運(yùn)行，而是一直運(yùn)行到物料內(nèi)部才停止運(yùn)行。檢查后發(fā)現(xiàn)是位置關(guān)系設(shè)置錯(cuò)了，原來應(yīng)該是80的，設(shè)置成了100，導(dǎo)致夾具不在指定位置停止。

在MCGS的自動(dòng)模式設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了不少問題。最先遇到的問題是程序?qū)懞煤?，點(diǎn)擊開始進(jìn)料按鈕，程序并沒有按照預(yù)想的步驟運(yùn)行。物料還未到位，夾具就已經(jīng)開始夾緊，夾具已經(jīng)到位了，物料還在前進(jìn)等問題。在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，將組態(tài)程序和PLC梯形圖程序分別寫入觸摸屏和下位機(jī)中，觸摸屏上顯示的是組態(tài)中設(shè)定好的界面。但系統(tǒng)界面不能根據(jù)設(shè)定好的路線運(yùn)行，脫機(jī)狀態(tài)下也無法正常運(yùn)作。對(duì)硬件進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)硬件的聯(lián)機(jī)和功能都能正常運(yùn)行，隨后又在GX Develop中的虛擬環(huán)境下檢查PLC程序的輸入與輸出情況，發(fā)現(xiàn)PLC程序能夠按照預(yù)設(shè)的情況運(yùn)動(dòng)。然后是在對(duì)MCGS觸摸屏的工控組態(tài)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在組態(tài)環(huán)境中各個(gè)功能都能正常運(yùn)行。最后發(fā)現(xiàn)原來是個(gè)別中間變量未定義，重新定義中間變量后。系統(tǒng)界面終于能根據(jù)設(shè)定好的路線運(yùn)行了。

5? 結(jié)語

針對(duì)金屬帶鋸床調(diào)試成本高、故障維修難的問題，應(yīng)用MCGS平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)金屬帶鋸床狀態(tài)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)地闡述了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、工況設(shè)計(jì)及故障診斷與維護(hù)等。經(jīng)檢測，所開發(fā)的金屬帶鋸床狀態(tài)監(jiān)控與故障報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了帶鋸床故障測試、診斷與維護(hù)的可視化與自動(dòng)化，界面友好，操作簡單明了，解決了調(diào)試成本高、故障維修難的問題。

參考文獻(xiàn)

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